Vad är termoelasticitet?

Termoelasticitet är förändringen i storleken och formen på ett fast objekt när temperaturen på det objektet varierar.Material som är mer elastiska kommer att expandera och sammandras mer än de material som är mer inelastiska.Forskare använder sin förståelse för termoelasticitet för att designa material och föremål som tål svängningar i temperaturen utan att bryta.

Forskare har förstått ekvationerna som beskriver termoelasticitet i över 100 år men har nyligen börjat stresstestmaterial för att avgöra hur termoelastiska de är.Genom att utsätta material för stigande och fallande temperaturer kan ingenjörer förutsäga hur mycket dessa material kommer att expandera eller sammandras vid olika temperaturer.Denna kunskap är viktig när man bygger maskiner eller viktbärande strukturer med bitar som måste passa nära ihop.Att förstå principerna för termoelasticitet hjälper ingenjörer att utforma saker som upprätthåller sin strukturella integritet för ett temperaturintervall.

Termoelasticitetsprinciperna har påverkat hur ingenjörer utformar ett antal olika föremål.Att veta att betong expanderar när den värms till exempel är anledningen till att trottoarer är utformade med små utrymmen mellan plattorna.Utan dessa utrymmen skulle betongen inte ha utrymme att expandera, vilket orsakar mycket stress på materialet och leder till sprickor, pauser eller hål.På samma sätt är broar utformade med expansionsfogar för att tillåta att komponenterna expanderar när de värms upp.

Alla material som är elastiska expanderar när de värms upp och samlas när de kyls.Den expansion som beskrivs av termoelasticitetsformler orsakas av en ökning av rörelsen av atomerna i materialet.Dessa atomer förblir kopplade till varandra som en solid värme men molekylbindningarna växer i storlek, vilket gör att atomerna kan röra sig från varandra och få materialet att växa.Omvänt, när ett material kyls, rör sig atomerna mindre och bindningarna drar dem närmare varandra.

Principerna för termoelasticitet dikterar att utvidgningen som orsakas av en temperaturökning kommer att få ett objekt att expandera i alla riktningar.Betongplattor expanderar ut mot varandra, upp från marken och ner mot marken när de värms upp.Koppar eller andra fartyg kommer också att expandera i alla riktningar på ett sådant sätt att den totala volymen de kan innehålla ökar tillsammans med fartygets storlek.Specifika formler används i studien av termoelasticitet för att beskriva hur objekt förändras i form med temperaturförändringar.